《高分子化学》课件

高分子化学高分子化学是一门研究高分子材料的科学，是化学学科的一个重要分支高分子材料在现代生活中应用广泛，例如塑料、橡胶、纤维等作者课程介绍课程目标课程内容教学方式本课程旨在帮助学生理解高分子化学的课程内容包括高分子化学基本概念、高本课程采用课堂讲授、实验教学、案例基本理论和应用，掌握高分子材料的合分子结构、高分子合成、高分子性质、分析等多种教学方式，帮助学生深入理成、结构、性质和应用等方面的知识高分子材料、高分子材料的应用等方面解高分子化学知识，并培养学生的科研能力和创新能力高分子概念和定义

1.大分子

2.分子量大12高分子是由许多重复的结构单元（单体）通过共价键连接高分子通常具有很高的分子量，通常在几千到几百万之间而成的巨大分子

3.结构多样

4.性质独特34高分子的结构可以是线性的、支链的、网状的或环状的高分子材料具有多种优异的性能，如强度高、耐腐蚀、绝缘性能好、耐高温、耐低温等高分子的分类天然高分子合成高分子来自自然界，如棉花、蛋白质、橡胶等通过化学合成得到的，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等无机高分子有机高分子以无机元素为骨架，如硅酸盐、磷酸盐等以碳元素为骨架，如塑料、橡胶、纤维等高分子的结构特点链状结构支化结构网状结构环状结构高分子是由许多相同的结构高分子链上可能存在支链，高分子链之间通过交联形成一些高分子是由闭合的环状单元通过共价键连接而成的这些支链会影响高分子的性三维网络结构，具有较高的结构单元组成，具有独特的长链状结构能强度和韧性化学性质和物理性质高分子的合成方法高分子的合成方法主要有两类加聚反应和缩聚反应加聚反应是指通过单体分子间的加成反应生成高分子链的过程，而缩聚反应则是通过单体分子间的缩合反应生成高分子链的过程加聚反应1单体分子直接相加，生成高分子链缩聚反应2单体分子间发生缩合反应，生成高分子链开环聚合3环状单体分子通过开环反应生成高分子链不同类型的合成方法会影响高分子的结构和性质聚合反应的动力学反应速率1反应物转化为产物的速度活化能2反应开始所需的最小能量反应机理3反应发生的步骤和中间体反应平衡4正向反应速率等于逆向反应速率聚合反应的动力学研究可以帮助理解和控制聚合反应过程，如反应速率、产物分子量、结构等，从而优化聚合条件和设计合成目标产物连续聚合反应定义连续聚合反应是指在反应器中不断加入单体，同时不断取出聚合物，反应体系保持在稳定的状态特点•连续生产•产量高•易于控制•适合大规模工业生产优势连续聚合反应能够实现高效、稳定的生产，并能够更好地控制聚合物的分子量和结构应用连续聚合反应广泛应用于各种聚合物，如聚乙烯、聚丙烯、聚氯乙烯等链增长聚合单体活化1单体分子通过引发剂活化，形成活性中心链增长2活性中心与其他单体分子反应，形成长链聚合物链终止3链增长过程最终通过链终止反应结束，形成最终的聚合物分子链末端引发聚合引发1活性中心形成增长2单体添加至活性中心终止3活性中心反应链末端引发聚合是一种重要的聚合方式，它通过引发剂在链末端产生活性中心，从而引发聚合反应链末端引发聚合的步骤包括引发、增长和终止三个阶段在引发阶段，引发剂与单体反应产生活性中心，这些活性中心会继续与其他单体反应，形成聚合物链链转移聚合链转移过程自由基从正在生长的聚合物链转移到其他分子上，例如单体、溶剂、引发剂或添加剂链转移剂链转移剂是能够从自由基聚合反应中接受自由基的物质影响因素温度、链转移剂种类、浓度和聚合体系的性质都会影响链转移反应链结构的调控控制单体结构控制聚合方法控制反应条件单体结构会影响聚合物的物理性质，不同的聚合方法会产生不同的聚合物反应温度、溶剂和催化剂的选择会影例如熔点和玻璃化转变温度例如，结构例如，自由基聚合通常会导致响聚合物的结构例如，较高的温度通过引入侧基或改变单体的官能团，支链，而配位聚合则可能导致线性聚会导致更多的支链形成，而特定的催可以改变聚合物的极性、刚度和柔韧合物化剂可以促进特定的聚合反应性高分子溶液性质溶液性质高分子溶液的性质与小分子溶液有很大区别，因为高分子链的尺寸和形状对其溶液的性质有显著影响高分子溶液的性质包括溶液的粘度、渗透压、沸点升高和凝固点下降等高分子的溶解和溶解度溶解过程溶解度参数溶液性质高分子溶解过程涉及高分子链与溶剂分溶解度参数是衡量高分子与溶剂之间相溶液的性质，如粘度、渗透压和表面张子之间的相互作用，包括范德华力、氢互作用强度的指标，用于预测高分子在力，取决于高分子链的长度、溶剂的性键和偶极-偶极相互作用特定溶剂中的溶解度质和温度高分子溶液的粘度高分子溶液的粘度是指高分子溶液抵抗流动的能力，它与高分子的分子量、浓度、温度和溶剂性质有关高分子溶液的粘度通常比纯溶剂的粘度高得多，这是因为高分子链在溶液中会相互缠绕，形成三维网络结构，从而增加溶液的粘度高分子溶液的渗透压渗透压定义公式高分子溶液高分子溶质在溶剂π=CRT中形成的溶液半透膜只允许溶剂通过，不允许溶质通过的膜渗透压测量使用渗透压计测量高分子的相态固态液态高分子材料在固态下可以表高分子在液态下具有粘性和现出不同的形态，例如玻璃流动性，可以形成溶液或熔态、结晶态和半结晶态融状态气态其他相态高分子材料在气态下很少见除了这三种主要相态外，高，通常只有在非常高的温度分子材料还可能存在一些其下才可能存在他相态，例如液晶态和胶态高分子的玻璃化转变定义玻璃化转变是指高分子材料从玻璃态转变为橡胶态的温度，称为玻璃化转变温度Tg分子链运动在Tg以下，分子链运动受限，材料表现出硬、脆的玻璃态热力学Tg不是一个相变温度，而是一个松弛过程，与高分子链的运动能力有关高分子的结晶结晶过程结晶度结晶类型高分子链段在适当条件下可以排列材料中结晶区域所占比例，影响材高分子结晶可以分为球晶、片晶、成有序的晶体结构，形成结晶区域料的力学性能、热性能等纤维晶等，不同类型晶体结构影响材料性能高分子材料的制备单体1选择合适的单体，通过化学反应将它们连接起来形成长链分子，形成聚合物聚合反应2根据单体的性质和目标聚合物的结构，选择适当的聚合反应方法，如自由基聚合、配位聚合、缩聚反应等后处理3对聚合物进行必要的加工和处理，以获得具有所需形状、尺寸和性能的最终产品例如，可以通过挤出、注塑、吹塑等方法进行成型高分子材料的性能测试测试高分子材料的性能，以确保其满足特定应用的要求力学性能1拉伸强度，抗弯强度，硬度等热性能2玻璃化转变温度，熔点，热稳定性等光学性能3透光率，折射率，光学透明度等电学性能4电阻率，介电常数，电导率等化学性能5耐腐蚀性，耐溶剂性，耐候性等测试方法包括各种标准测试方法，例如ASTM，ISO等热性能分析热性能分析是指通过测试材料在不同温度下的热学性质来评估材料的性能，比如玻璃化转变温度、熔点和热分解温度100200300DSC TGADMA差示扫描量热法热重分析法动态力学分析法这些测试方法可以帮助我们了解材料在不同温度下的热稳定性、相变行为和热力学性能力学性能分析力学性能是高分子材料的重要性能指标，通常通过拉伸强度、弯曲强度、冲击强度等实验来评估光学性能分析光学性能分析是材料科学研究中重要的组成部分，对于理解材料的结构和功能至关重要高分子材料的光学性能主要包括透光率、折射率、反射率、颜色等90%

1.510%透光率折射率反射率高分子材料的透光率是指光线透过材料的程度，高分子材料的折射率是指光线从一种介质进入另高分子材料的反射率是指光线照射到材料表面时通常以百分比表示一种介质时，传播方向发生改变的程度，被反射的程度光学性能分析可以帮助我们了解高分子材料的光学特性，并指导我们开发具有特定光学功能的高分子材料电学性能分析电阻率材料抵抗电流的能力介电常数材料存储电荷的能力电导率材料传导电流的能力电学性能测试方法阻抗分析、介电谱、静电测量等高分子材料的应用领域工程塑料高性能纤维工程塑料具有高强度、耐高温、耐腐高性能纤维具有高强度、高模量、耐蚀等优异性能，广泛应用于汽车、航高温、耐腐蚀等特点，在航空航天、空航天、电子电器等领域军工、体育用品等领域应用广泛生物医用高分子材料其他应用生物医用高分子材料具有生物相容性高分子材料还广泛应用于涂料、胶粘好、可降解性等优点，在药物缓释、剂、包装、日用品等领域组织工程、人工器官等领域应用广泛工程塑料耐用性加工性能应用范围广工程塑料具有较高的强度、耐热性、耐工程塑料具有良好的加工性能，可以采工程塑料广泛应用于汽车、电子、机械化学腐蚀性，使其在各种应用中具有广用多种成型方法，例如注塑、挤出、吹、航空航天等领域，为现代工业发展提泛的应用前景塑等供了强大的支持高性能纤维高强度高性能纤维具有高强度和高模量，耐高温和耐腐蚀性，应用于航空航天、军事等领域耐用性高性能纤维拥有优异的耐磨损、耐化学品、耐高温等性能，可用于制造各种耐用材料多功能性高性能纤维可用于各种领域，包括医疗器械、运动服、安全防护等高分子电容器高介电常数应用广泛高分子电容器具有高介电常数，可以储存大量的电能，并具有良好高分子电容器广泛应用于电子设备、电力系统和汽车行业，例如，的绝缘性能手机、电脑、汽车和电网高分子太阳能电池高效光电转换轻薄可弯曲高分子太阳能电池可以有效地将光能转化为电能，从而为清洁与传统硅基太阳能电池相比，高分子太阳能电池具有轻薄、柔能源提供了一种可行的解决方案性等优点，可以应用于各种形状和尺寸的设备制备成本低应用前景广阔高分子太阳能电池的制备工艺相对简单，且所用材料价格低廉高分子太阳能电池在便携式电子设备、建筑物集成光伏系统等，因此其成本优势明显领域拥有巨大的应用潜力生物医用高分子材料人工血管生物可降解材料医疗器械药物缓释系统生物医用高分子材料在医学生物可降解高分子材料在生生物医用高分子材料还用于生物医用高分子材料可以用领域得到了广泛应用，例如物医学领域具有重要意义，制造各种医疗器械，例如导来开发药物缓释系统，使药人工血管、人工器官和药物例如可生物降解的支架，可管、假肢和人工骨骼物能够在更长的时间内释放缓释系统以帮助患者恢复组织和器官，提高治疗效果功能。